יהלום סינתטי להוביל פרינסטון צוות פריצת דרך הצפנה קוונטית

אחסון ביטים קוונטיים של מידע, או qubits, הוא הרבה יותר קשה מאשר לאחסן ספרות בינאריות רגילות. זה לא רק אלה או אפסים, אבל את כל טווח של סופרפוזיציות קוונטית עדינה ביניהם. אלקטרונים יכולים בקלות להחליק מתוך מדינות אלה אם הם לא מאוחסנים החומרים הנכונים, ולכן מהנדסי חשמל ב פרינסטון עובדים עם יצרנית בבריטניה כדי ליצור חומר אחסון טוב יותר - יהלומים סינתטיים - מאפס. הם פירסמו חשבון על ההצלחה שלהם ביום חמישי ב מדע.

במשך עשרות שנים, פיסיקאים, מהנדסי חומרים ואחרים מנסים להשיג את ההבטחה המושגית של תקשורת מוצפנת קוונטית, משום שהנתונים המועברים בתהליך זה חסונים מבחינה תיאורטית למעקב סמוי. כל ניסיון לצפות בנתונים אלה בין הצדדים - לעקרון אי-הוודאות של הייזנברג - ישנה באופן יסודי את המידע הזה, וחשף במהירות כי הוא נמצא בסכנה. הבעיה כבר אחסון ושמירה qubits ולאחר מכן להמיר אותם סיבים אופטיים מוכן פוטונים, ושימוש יהלומים נראה את המסלול לעבר השגת שניהם. אבל לא רק יהלום יעשה, ולכן הצוות של פרינסטון היה קשה בעבודה יצירת אחד סינתטי, כפי שהם מתארים בעיתון שלהם.

"התכונות שאנחנו מכוונים הן מה שרלוונטי לרשתות קוונטיות", מספר מהנדס החשמל נטלי דה ליאון הפוך. ב פרינסטון, שבו דה ליאון הוא עוזר פרופסור, ההתמקדות של הצוות שלה הוא בעצם ממציא חומרה קוונטית. "זה יישומים שבהם אתה רוצה משהו שיש לו זמן אחסון ארוך, ואז יש גם ממשק טוב עם פוטונים, כך שתוכל לשלוח אור על פני מרחקים ארוכים מאוד."

אינטראקציות פוטוניות משנה הרבה עבור תקשורת בינלאומית במהירות גבוהה, משום שכל המידע העובר על כבלי סיבים אופטיים עובר דרך התשתית הגלובלית שלנו כפוטונים נפרדים - משייט ב -69% ממהירות האור. (נחמד.)

"זה מכניס הרבה אילוצים על המאפיינים האופטיים", אומר דה ליאון. "כדוגמה אחת, זה באמת חשוב כי הצבע יהיה יציב. אם צבע הפוטון קופץ עם הזמן, אז זה ממש רע עבור פרוטוקולים אלה."

נכון לעכשיו, הקבוצה של דה ליאון מנסה לעצב גרסה של יהלומים סינתטיים אלה שיכולים להמיר את גל 1,550 ננומטר סטנדרטי שבו פוטונים עכשיו לחצות כבלים סיבים אופטיים. נכון לעכשיו, יהלומים סינתטיים של הקבוצה שלה תומכים 946 ננומטר אורכי גל פוטון. (פוטון "צבע" הוא קצת לשון נקייה כאן מאז שני אורכי גל אלה הם גוונים של אינפרא אדום מחוץ לספקטרום הנראה.)

המשוכה שהצוות שלה הצליחה לחצות היא לאחסן את הקוביטים הללו במכשירי קוונטים גבישיים, בדומה לשכפילים המשמשים כיום למניעת אובדן אותות והשפלה בתקשורת הסיב-אופטית של ימינו. השלב הקריטי בתהליך זה היה לייצר יהלומים סינתטיים עם זיהומים לא רצויים ככל האפשר (חנקן, בעיקר) ועוד של זיהומים הם באמת רוצים (סיליקון ו בורון).

"חנקן מתברר שהוא הפגם השולט שאתה מקבל ביהלומים האלה, "אומר דה ליאון. שותפיה בקבוצה של חברת היהלומים הבריטית אלמנט 6 היו צריכים ליצור תנאי ואקום מעל הממוצע, שכן אפילו חללים רגילים יכולים להשאיר מספיק חנקן בחדר כדי לזהם את הגבישים המיוצרים באופן מלאכותי. מכיוון שלחנקן יש אלקטרונים חופשיים יותר מאשר פחמן, זיהומים חנקניים מפריעים לאיפור החשמלי הייחודי שהחוקרים מקווים לו.

מומים קטנים אחרים יכולים לערער את פוטנציאל קוביט לאחסון של יהלומים אלה, גם.המטרה היא להיות זוגות של משרות פנויות בגודל אטום במסגרת קריסטל לצד אטום סיליקון תחליף שבו פחמן אחד היה אמור להיות, אבל לפעמים זוגות אלה יכולים לחבור יחד "אשכולות פנוי" כי להתחיל להפיץ מחדש את האלקטרונים שלהם מעצבן, בדרכים לא יעילות. לפעמים ליטוש וחריטה נזק על פני השטח של היהלום יכול גם לגרום אפקט דומינו, להתעסק עם דפוס זה של אלקטרונים, מדי. זה המקום שבו הוספת בורון - שיש לו פחות אלקטרון חופשי אחד מפחמן - יכול לעזור.

"מה שאנחנו צריכים לעשות", אומר דה ליאון, "הוא גם להתחיל עם זה טוהר יהלום גבוהה במיוחד ולאחר מכן לגדול ב בורון כלשהו כדי בעצם לספוג את כל האלקטרונים הנוספים שאנחנו לא יכולים לשלוט. ואז היה הרבה חומר עיבוד - דברים משעמם כמו חישול תרמי לתקן את פני השטח בסוף כדי לוודא שאנחנו עדיין להיפטר הרבה סוגים אחרים של פגמים זה נותן לך חיובים נוספים."

מאסטרינג של שני אתגרים אלה, רבים בתחום החשוד, הם המפתחות לתפקוד מלא כמעט בלתי אפשרי לפצח הצפנה קוונטית.

לפני שחר של יהלומים סינתטיים רק לפני כמה שנים, החוקרים בתחום אופטיקה קוונטית היה להסתמך על יהלומים טבעיים לעשות את עבודתם - יהלום מסוים מסוים, בפרט.

לדברי דה ליאון, כל אחד בתחום האופטיקה הקוונטית היה צריך להסתמך על יהלום אחד, עשוי באופן טבעי מרוסיה, כי במקרה יש את הזכות אחוז של בורון, חנקן, וזיהומים אחרים כדי להפוך את המחקר שלהם אפשרי. שברים של היהלום נחקקו והופצו לקבוצות מחקר ברחבי העולם.

"לרבים מהקבוצות היו חלק קטן משלהם מהיהלום הרוסי" הקסום ", כפי שאמר דה ליאון לשירות החדשות של פרינסטון ב -2016." בהרווארד התקשרנו ל"מגילי אליס "שלנו ו"מג'יק בוב".

אז, TL, DR, מדענים מערביים משתפרים בייצור תכשיטי מחשוב קוונטיים קסומים במקום בהתאם לרסיסים של היהלום הקסום של הקוונטים ברוסיה. זהו משפט עובדתי שנשמע מגוחך. קלאסי 2018.